Розрахунок і вибір обладнання системи повітропостачання промислового підприємства

Міністерство освіти і науки України Сумський державний університет Факультет технічних систем та енергоефективних технологій Кафедра технічної теплофізики

Індивідуальна робота на тему: «РОЗРАХУНОК І ВИБІР ОБЛАДНАННЯ СИСТЕМИ ПОВІТРОПОСТАЧАННЯ ПРОМИСЛОВОГО ПІДПРИЄМСТВА»

з курсу «Компресорні станції»

Виконав Прокоф'єв В.В.

Група ХК-01

Суми 2014

Зміст

• 1. Вихідні данні
• 2. Розрахунок потреби в стиснутому повітрі
• 3. Розрахунок продуктивності компресорної станції
• 4. Графоаналітична оцінка ефективності варіантів підбору компресорів КС
• 5. Визначення витрат за ділянками мережі
• 6. Розрахунок гідравлічного опору ділянок труб
• 7. Визначення температури стиснутого повітря в характерних точках мережі
• 8. Визначення вологомісткості в характерних точках мережі
• Список літератури

1. Вихідні данні

Шифр — П-1b:

· П — устаткування станції поршневими компресорами;

· 1 — варіант довжини ділянок трубопроводів (таблиця1.1);

· b — потреба цехів у стиснутому повітрі, коефіцієнт втрат повітря (витікання) К_у і коефіцієнт максимального споживання К_max (таблиця 1.2).

Рисунок 1 — Схема міжцехової пневмомережі

Табл. 1.1 — Варіант довжини ділянок пневмомережі

Табл. 1.2 — Варіант потреби цехів в стиснутому повітрі, К_у та К_max.

2. Розрахунок потреби в стиснутому повітрі

Розрахунковою потребою цеху, ділянки в стиснутому повітрі є сума витрат повітря всіма працюючими споживачами (пневмоприймачами) і сумарних втрат повітря в трубопроводах, арматурі і непрацюючих пневмоприймачах:

де втрати q = К_y V_y .

Сумарні втрати повітря беруться відповідно до нормативів (10−25% від витраченої кількості повітря) К_у = 0,1−0,25.

Для Ливарного цеху:

.

Для Механічного цеху:

.

Для Складального цеху:

.

Для Фарбувального цеху:

.

Отже розрахункова потреба цехів дорівнює:

Для Ливарного цеху:

.

Для Механічного цеху:

.

Для Складального цеху:

.

Для Фарбувального цеху:

.

Сумарна потрібність цехів у стиснутому повітрі:

.

Сумарні втрати повітря:

.

Для забезпечення можливих режимів максимальних витрат повітря беруть:

.

де .

Для Ливарного цеху:

.

Для Механічного цеху:

.

Для Складального цеху:

.

Для Фарбувального цеху:

.

.

При визначенні максимальних тривалих витрат по заводу в цілому використання останньої формули може призвести до неоправданого завищеного результату, оскільки вірогідність того, що одночасно всі цехи заводу будуть споживати максимальну витрату, невелика. У цьому випадку рекомендується сумарну максимальну витрату обчислювати як суму максимальної витрати цеху з найбільшим споживанням повітря і середніх витрат всіх решти цехів:

.

Ця величина називається максимально тривалим навантаженням і повинна бути використана як розрахункова для заводу під час підбору компресорів.

.

Результати зведемо в таблицю 2.1.

Таблиця 2.1 — Результати визначення максимально тривалого навантаження (потреби) по заводу

3. Розрахунок продуктивності компресорної станції

Метою даного розрахунку є вибір типу і кількості компресорів, який задовольняє потреби заводу в стиснутому повітрі. Вибір здійснюється за допомогою таблиць 1 і 2 додатку, А відповідно до заданого варіанта типу компресора (поршневий).

Вибір продуктивності компресорів проводиться виходячи із заданого навантаження на станцію (максимально тривалої продуктивності V_м.д). При цьому розглядаються декілька варіантів підбору компресорів з різною їх одиничною продуктивністю.

Результати варіантного розрахунку продуктивності компресорної станції зводяться в таблицю 2.2.

Для кожного варіанта проводиться визначення встановленої і резервної продуктивностей компресорної станції.

Таблиця 2.2 — Розрахунок продуктивності компресорної станції

Установлена продуктивність КС являє собою суму номінальних продуктивностей усіх компресорів, установлених на станції, включаючи резервні:

де — номінальна продуктивність компресора по всмоктуючому повітрю, м³/хв (паспортна);

— продуктивність компресорів, які знаходяться у резерві, м³/хв.

Покриття максимального навантаження на КС при виході із ладу найбільшого за продуктивністю компресора, %:

де — продуктивність найбільшого компресора, який підлягає ремонту або знаходиться у резерві, м³/хв.

У машинному залі КС необхідно встановлювати 3−4, але не більше 8 компресорних агрегатів, включаючи резервні.

Продуктивність резервного компресора визначають після того, як вибрані типи і продуктивність робочих компресорів; при цьому необхідно, щоб продуктивність резервного компресора була максимальною.

За необхідності мати на КС 100% резерв число встановлених на станції компресорів m повинно дорівнювати:

тобто така кількість компресорів, яка при виході із ладу одного компресора забезпечує споживачів стиснутим повітрям на 100%.

Підібрати ресивер

.

Остаточний варіант вибирається із таких міркувань:

1 Величина коефіцієнта навантаження повинна бути близька до одиниці:

.

2. Ступінь забезпечення максимальної продуктивності:

.

3. Мінімальної установленої продуктивності .

Так, у прикладі, наведеному в табл. 3, кращим варіантом за коефіцієнтом завантаження є варіанти І і ІІ (К₁=0,9968 і 0,97 відповідно). Віддавати перевагу необхідно варіанту ІІ з таких причин:

· установлена потужність в цьому випадку на 4,8% менше (відповідно і витрата електроенергії);

· менша одинична продуктивність компресорів забезпечує маневреність у переключенні компресорів при зменшенні споживання повітря (тобто вища ступінчастість регулювання).

4. Графоаналітична оцінка ефективності варіантів підбору компресорів КС

Взяти ступінчастий графік добового навантаження КС, виходячи із такого графіка сумарного споживання цехами:

· ливарний — 3-змінна робота;

· механічний — 2-змінна робота;

· складальний — 2-змінна робота;

· фарбувальний — 1-змінна робота.

Порівнюючи сумарні площі заштрихованих ділянок діаграм, які характеризують втрати повітря на скидання за відсутності регулювання, вибираємо більш економічний варіант, яким є варіант з двома компресорами продуктивністю V^/_k (а).

За результатами порівняння п. 3−4 вибираємо остаточний варіант компоновки компресорної станції, яким є варіант І з двома компресорами, за рахунок менших втрат повітря на скидання.

Рисунок 4.1 — Графіки добового навантаження КС з двома компресорами продуктивністю V^/_k (a) і трьома компресорами продуктивністю V^//_k (б): Потреби цехів: 1 — ливарний; 2 — механічний; 3 — складальний; 4 — фарбу-вальний

5. Визначення витрат за ділянками мережі

Керуватися правилами: якщо вузлова точка відноситься до одного споживача, то для неї як розрахункові витрати беруться значення максимально тривалого споживання, якщо ж ця точка розгалуження на декілька споживачів (точки с, b, е), то витрату знаходимо підсумовуванням максимально тривалого споживання найбільш значного споживача і середніх розрахункових значень решти споживачів.

1) Обчислити значення об'ємних витрат повітря по ділянках:

.

2) Обчислити значення масових витрат, приведених до нормальних умов: m_c-d, m_b-c, m_a-b, використовуючи формулу:

де с_н=1,293 кг/м³.

Визначити внутрішні діаметри ділянок труб, попередньо задавшись швидкостями в них, за формулою

.

Швидкість у трубопроводах брати такою, що дорівнюю 4−12 м/с, причому чим менше діаметр труби і чим довше труба, тим менше значення швидкості.

Приймаємо, що .

Для всіх ділянок беремо середню густину стиснутого повітря, визначену для умов р = 7 кг/см²; t_ср = 20 єС:

.

Отримані розрахункові значення діаметрів округлюється до найближчих стандартизованих значень Dy:

Таблиця 5.1 — Внутрішні діаметри і товщини труб

Маємо .

Робимо перерахунок швидкостей в трубах.

6. Розрахунок гідравлічного опору ділянок труб

Величина втрат тиску на кожній ділянці визначається за формулою

де л — коефіцієнт гідравлічного тертя;

l — довжина ділянки трубопроводу, м;

d — внутрішній діаметр труби, м;

с — густина повітря в трубі, кг/м³;

х — швидкість повітря в трубі, м/с.

Місцеві опори мережі (відведення, коліна, звуження, розширення, арматура і т.ін.) замінюються ділянками труб з еквівалентною довжиною за табл. 6.1. За відсутності в таблиці потрібного діаметра береться найближче значення.

Таблиця 6.1 — Довжини труб, еквівалентні місцевим опорам, l_{i e}, м

З урахуванням цього сумарні втрати тиску на ділянці дорівнюють

.

Розрахунок коефіцієнта тертя л_і проводиться за наближеною формулою

де К_е — еквівалентна шорсткість труби.

При задаванні величини шорсткості необхідно керуватися табл. 6.2.

Таблиця 6.2 — Значення еквівалентної абсолютної шорсткості К_е, стальних труб

Приймаємо значення еквівалентної абсолютної шорсткості .

Розрахунок коефіцієнта тертя л_і для кожної ділянки трубопроводу:

Для всіх ділянок беремо середню густину стиснутого повітря .

Сумарні втрати тиску на ділянці дорівнюють:

Довжина ділянки с-d становить 170 метрів. Місцеві опори: коліно та прохідний вентиль.

.

Довжина ділянки b-c становить 50 метрів. Місцеві опори: коліно та прохідний вентиль.

.

Довжина ділянки a-b становить 100 метрів. Місцеві опори: трійник, 2 коліна та 2 прохідних вентиля.

.

Після визначення втрат тиску по ділянках необхідно обчислити сумарну втрату найдовшої ділянки трубопроводу:

.

.

Кінцевий тиск:

де р_к — тиск нагнітання на виході із компресорної станції.

Якщо р_d < 5 кг/см2, необхідно зробити перерахунок мережі, задаючи менші швидкості.

7. Визначення температури стиснутого повітря в характерних точках мережі

Задану ділянку трубопроводу розбити на і однакових частин (і=10).

Температура повітря в кінці кожної ділянки обчислюється за формулою де i — число ділянок, на які розбита довжина трубопроводу;

t₁, t₂ … t_i — температура стиснутого повітря на вході 1, 2, i-ї ділянок, єС;

t_б — температура навколишнього повітря, єС;

Дl_i — довжина ділянки, м;

V_i — об'ємна витрата стиснутого повітря, яка протікає в трубопроводі і зведена до нормальних умов, нм³/ч;

С_р — об'ємна питома теплоємність повітря (при постійному тиску С_р=0,31 ккал/м³· К);

D_в, D_н — внутрішній і зовнішній діаметри труби, м;

б₁ — коефіцієнт тепловіддачі від стиснутого повітря до стінки труби, ккал/м²· ч·К;

б₂ — коефіцієнт тепловіддачі від стінки до атмосферного повітря, ккал/ м²· ч·К.

Розглянемо ділянку a-b (розбивши на 10 частин). Довжина становить 100 метрів:

.

Коефіцієнт тепловіддачі б₁ :

а коефіцієнт б₂ для даної задачі може братися таким, що дорівнює величині б₂=11,2 ккал/м²· ч·К.

Температура стиснутого повітря на виході із компресорної станції після кінцевих повітроохолоджувачів t₁ може братися такою, що дорівнює 50 єС, а мінімальна температура навколишнього повітря в зимовий час t₂ береться такою, що дорівнює мінус 35 єС.

Розглянемо ділянку b-c (розбивши на 10 частин). Довжина становить 50 метрів:

.

Коефіцієнт тепловіддачі б₁ :

.

Розглянемо ділянку c-d (розбивши на 10 частин). Довжина становить 170 метрів:

.

Коефіцієнт тепловіддачі б₁ :

.

8. Визначення вологомісткості в характерних точках мережі

За обчисленими вище значеннями тиску і температури стиснутого повітря в характерних точках за діаграмою (рис. 8.1) визначається вологомісткість d_i .

Рисунок 8.1 — Залежність вологоємності стиснутого повітря від температури та тиску при ц=100%

Зміна вологомісткості між виходом із компресорної станції (точка а) і заданою точкою дорівнює

Визначити кількість води, яка перейшла із пароподібного стану у рідину при охолодженні стиснутого повітря за формулою

де m_i — масова витрата повітря на даній ділянці.

Результати розрахунків занести в таблицю 8.1.

Таблиця 8.1 — Результат розрахунку пневмомережі

Компоновка компресорної станції міститься у Додатку.

Список літератури

1. Методичні вказівки до виконання індівідуального завдання «Розрахунок і вибір обладнання повітряної компресорної станції» з курсу «Компресорні станції» професійного напряму «Енергетика» спеціальності «Компресори, пневмоагрегати та вакуумна техніка» [Текст]: для студ. денної форми навчання / Г. А. Бондаренко, О. М. Лавренко. — Суми: СумДУ, 2006. — 17 с.

2. Алхазов А. Д. Воздушные поршневые компрессорные станции машиностроительных заводов. — М.: Машгаз, 1961.

3. Блейхер В. Я., Елисеев В. Н. Компрессорные станции. — М.: Машгаз, 1958.

4. Бондаренко Г. А., Жарков П. Е. Компрессорные станции и системы воздухоснабжения промышленных предприятий с винтовыми компресорами: Учебное пособие. — Сумы: изд-во СумГУ, 2003.

5. Бондаренко Г. А. Винтовые воздушные компрессорные станции. — Сумы: изд-во СумГУ, 2005. — 250 с.